紅外成像系統
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
紅外成像系統的視頻教程
使用 ASAP Path eXplorer 進行成像系統設計
在 ZEMAX 和 SOLIDWORKS 中設計的成像系統，通過鏡頭實體轉換器導入 ASAP，并使用 ASAP Script 界面和 Path eXplorer 進行分析。
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紅外成像系統的實例教程
紅外雜散光案例分析
簡介
在紅外成像系統的設計中，雜散光始終是制約成像質量的核心問題。紅外波段的雜散光易源于光學元件反射、機械結構漫反射及遮光設計缺陷，直接導致成像對比度下降、信噪比降低，甚至出現偽影，影響目標識別精度。本案例基于 OAS 光學軟件，針對某緊湊型紅外成像系統開展雜散光模擬與分析，旨在定位關鍵干擾源、量化其影響，并為結構優化提供數據支撐，助力提升系統實用可靠性。
案例設置與操作
光源配置
采用 8-14μm 中波紅外平行光源，模擬遠距離目標輻射或環境紅外入射場景；光源半孔徑設為 15mm，與系統入射光瞳匹配；能量分布采用 300K 黑體輻射模型，貼合常溫環境背景，確保模擬場景的真實性。
模型構建
創建2片鍺材料紅外平凸透鏡，表面粗糙度 0.02μm。使用初始遮光罩、鋁合金鏡筒，通過布爾運算實現精準裝配。透鏡暫未鍍膜，鏡筒內壁未做遮光處理，暴露潛在雜散光風險。
探測器設置
選用紅外輻射探測器，采樣分辨率 512×512 像素；子光線代數設為 3，提升雜散光捕捉靈敏度；勾選 “雜散光路徑記錄” 與 “反向追跡” 功能，便于溯源干擾源頭。
遮陽板的三維追跡圖
總結
本案例借助 OAS 實現了紅外雜散光的精準分析：光機一體化建模確保幾何精度，反向追跡高效鎖定干擾源，可視化功能為優化提供方向。經優化，雜散光占比明顯下降，成像對比度提升。充分驗證了 OAS 在紅外系統設計中的實用性，為安防、遙感、醫療紅外設備研發提供可靠支撐。
展開 紅外物鏡案例分析
簡介
紅外物鏡作為紅外成像系統的核心光學部件，通過大口徑前組聚光透鏡、中間像差校正鏡組及后組聚焦鏡組的協同配合，實現紅外波段光線的會聚與像差校正，可有效抑制色差、球差等光學像差，是紅外熱成像、紅外探測及安防監控等領域的關鍵器件。本項目基于 OAS 光學軟件，通過光機熱一體化建模與多維度性能優化，構建高性能紅外物鏡方案，突破傳統紅外物鏡設計中像差校正難、雜散光干擾大、環境適應性弱等瓶頸。
案例設置與操作
模型構建
依托 OAS 光學元件數據庫，精準導入紅外物鏡核心組件參數，完成透鏡系統、遮光結構、鏡筒等模型搭建。利用 OAS 內置輕量化 CAD 核心，實現光學透鏡與機械結構的一體化建模，結合紅外光學材料特性完成材料賦值，精準控制透鏡同軸度公差≤0.001mm，避免機械結構對紅外光路的遮擋與干擾，同時構建光機熱耦合模型，模擬不同溫度環境下的結構變形影響。
參數配置
以高分辨率、寬溫域適配為核心目標，設定紅外波段光學性能參數、結構空間適配參數、極端環境適配參數。通過 OAS 實時光路預覽與序列 / 非序列光線追跡功能，動態優化透鏡面形、鏡組間距及遮光結構尺寸，確保在紅外探測的典型波段內，物鏡在 - 40℃~60℃溫域下均能滿足成像需求。
展開 OAS 光學軟件 | 紅外冷反射案例分析
01前言
在紅外光學系統中，冷反射現象是影響成像質量的關鍵因素之一。當系統內部低溫表面反射紅外輻射并干擾探測器正常接收信號時，會產生雜散光，導致圖像出現偽影、對比度下降等問題，嚴重影響紅外熱成像系統的探測精度與可靠性。
因此，有效分析和抑制紅外冷反射，對提升紅外光學系統性能至關重要。OAS 光學軟件憑借其強大的光學仿真與分析功能，為解決此類問題提供了高效的技術手段。
02案例描述
在制冷型紅外熱成像系統中，冷反射抑制面臨兩大核心難點：一是如何準確識別和量化各光學表面對冷反射的貢獻程度；二是在保證關鍵性能指標的前提下，對冷反射進行有效抑制。
針對這一難點，本文提出一種基于 OAS 光學軟件的紅外冷反射全鏈路分析方案：系統以長波紅外熱成像鏡頭為研究對象，涵蓋模型構建、光源精確配置、光線追跡、數據分析及優化設計等多個環節。
方案的核心在于利用 OAS 軟件的非序列光線追跡技術，建立從光源到探測器的全鏈路仿真模型，精準鎖定冷反射的主要貢獻面，進而對相關光學表面進行針對性優化。
03冷反射現象的形成機理
冷反射效應源于制冷型紅外系統中探測器與外殼之間的巨大溫差。在紅外熱成像系統中，制冷探測器通過前面光學表面的反射，使探測器探測到自身的像，形成邊緣亮而中心暗的黑斑現象，被稱為“冷反射”現象。
其物理機制可歸納為：制冷型探測器的探測度較非制冷型高出1至2個數量級，這使得系統對微弱信號變化極為敏感。當光學鏡片的鍍膜抗反射性能不完善時，殘留的熱輻射從每個鏡片表面返回，部分殼體熱輻射也到達探測器，從而形成可辨別的對比度差異。
探測器除了接收正常成像的景物輻射外，還通過光學鏡片表面的微弱反射，接收到本身及周圍低溫腔冷環境的影像，形成冷像。
展開 引 言
隨著紅外探測技術的快速發展，在農業、醫療、軍事領域都得到廣泛的應用。在 19 世紀中葉，紅外探測技術開始應用于天文學研究，到 20 世紀開始，紅外技術快速發展，逐漸引進至軍事應用，在多次軍事行動中表現突出。目前，美國研發的設備最高分辨率可達到 0.001 ℃。
由于艦船熱尾流所處環境比較復雜，需要考慮各種影響因素，采集大量的實驗數據，但時刻變化的環境很難實現在某一特定環境背景下進行多次實驗。因此，本文研究了粗糙海面紅外傳輸特性，建立紅外輻射傳輸模型，模擬仿真粗糙海面及潛艇尾跡高度場分布，綜合考慮輻射傳輸過程中多種影響因素，最終模擬出不同海洋背景及不同探測高度的紅外輻射亮度分布。
海面尾跡成像
潛艇尾跡
潛艇在航行中會對海面造成一定影響，形成一條范圍廣并且很難消去的尾跡，艦船的尾跡主要由海表尾跡、湍流尾跡和內波 3 種組成，其中海表尾跡可以最為直觀地被觀測到。本文利用 Kelvin尾跡模型模擬海面尾跡，該模型是目前尾跡模型中相對比較成熟的模型，將尾跡簡化為分歧波和橫斷波 2 類波組成，尾跡呈 V 字形展開，屬于重力波的一種，尾跡結構如圖 1 所示。
圖 1 Kelvin 尾跡波形特征
紅外成像映射模型
在針對某海域成像時為了圖像更加真實立體，需要建立仿真坐標系，并且需要進行坐標轉換。坐標系統示意圖如圖 2 所示。
圖 2 紅外成像模擬仿真坐標系統成像原理示意圖
熱尾流紅外成像仿真計算
如圖 3 所示，本文采用建模仿真的方法，基于尾流區海平面散度和高度特征，結合三維坐標變換和投影映射方法實現熱尾流目標的成像仿真過程。
展開 紅外冷反射案例分析
簡介
在紅外光學系統中，冷反射現象是影響成像質量的關鍵因素之一。當系統內部低溫表面反射紅外輻射并干擾探測器正常接收信號時，會產生雜散光，導致圖像出現偽影、對比度下降等問題，嚴重影響紅外熱成像系統的探測精度與可靠性。因此，有效分析和抑制紅外冷反射，對提升紅外光學系統性能至關重要。OAS 光學軟件憑借其強大的光學仿真與分析功能，為解決此類問題提供了高效的技術手段。
OAS 軟件在案例中的應用
模型構建
利用 OAS 軟件的建模功能，建模出長波紅外熱成像鏡頭模型。該鏡頭作為研究對象，其結構參數與表面特性是建模的關鍵。隨后，在軟件材料庫中選擇或自定義簡單材料，并依據實際需求輸入詳細的光學參數，如折射率、吸收率等，將這些參數準確地定義在鏡頭表面，確保模型能夠真實反映實際光學系統的物理特性。
光源設置
創建適用于紅外冷反射分析的光源。鑒于案例聚焦于長波紅外波段，在軟件中設置紅外波長的光源，精確設定其波長范圍、輻射強度等參數。同時，對光線追跡的相關參數進行優化，包括追跡光線數量、追跡精度等，以保證光線追跡結果的準確性與可靠性。
光線追跡與數據采集
完成上述設置后，使用 OAS 軟件的光線追跡功能。軟件將依據設定的參數，模擬紅外光線在長波紅外熱成像鏡頭中的傳播路徑，精確計算光線在各個光學表面的反射、折射情況。在追跡過程中，軟件實時采集光線與光學系統相互作用的數據，為后續分析提供全面的數據基礎。
紅外系統的三位追跡圖
紅外系統的探測器結果圖（平滑兩次）
總結
本案例通過 OAS 光學軟件成功實現了對長波紅外熱成像鏡頭中紅外冷反射現象的模擬與分析，充分展示了該軟件在紅外光學系統設計與優化中的強大功能與應用潛力。
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較強的冷反射信號會直接淹沒目標信號，這是制冷型紅外成像系統特有的雜光效應。
04OAS軟件分析流程設置
? 模型構建
利用OAS軟件的精確建模功能，構建長波紅外熱成像鏡頭模型。該鏡頭的結構參數與表面特性是建模的基礎。
成像系統是光學的歷史基石之一，在廣泛的不同技術中有著大量的應用。因此，對成像中常用的透鏡系統進行性能分析是許多光學工程師的一項基本任務。為了幫助光學工程師完成這項工作，VirtualLab Fusion提供了許多強大的工具。
在這份簡報中，我們想特別強調用于分析場曲和畸變的工具。這兩個像差源于這樣一個事實，即大多數探測器是作為平面操作的，而透鏡則是將光線聚焦到一個曲線上。這些像差可以通過VirtualLab
光學成像系統中的像差1個月前
球形波在焦點的像差效應
通過快速的物理光學軟件VirtualLab Fusion可以很好地研究像差效應。在本周的通訊中，我們選擇了兩個與像差有關的例子：第一個是典型的波前像差如何影響球面波的聚焦模式，第二個是高功率激光二極管的散光如何影響焦點區域的性能。使用自由空間傳播場解算器和局部平面界面近似法（LPIA），衍射
該方案為紅外物鏡的性能升級與場景化應用提供了高效、精準的技術支撐，助力紅外成像系統在各領域的技術迭代與應用拓展。
為了降低成本和重量，許多現代應用引入了智能方法來小型化其光學系統。該原理的一個特殊實現是折疊成像系統，其中聚焦透鏡的屬性分布在多個組件之間。通過巧妙地操縱傳播光的偏振狀態，該系統允許多次內部反射，模仿更大透鏡的功能。在此用例中，我們展示了這種系統的工作原理。為此，我們定義了一組具有不同入射角的平面波，然后通過系統傳播以計算最終的焦點。然后可以使用此信息進一步優化設置，但這超出了此用例的范圍
1 摘要
為了降低成本和重量，許多現代應用引入了智能方法來小型化其光學系統。該原理的一個特殊實現是折疊成像系統，其中聚焦透鏡的屬性分布在多個組件之間。通過巧妙地操縱傳播光的偏振狀態，該系統允許多次內部反射，模仿更大透鏡的功能。在此用例中，我們展示了這種系統的工作原理。為此，我們定義了一組具有不同入射角的平面波，然后通過系統傳播以計算最終的焦點
本案例基于 OAS 光學軟件，針對某緊湊型紅外成像系統開展雜散光模擬與分析，旨在定位關鍵干擾源、量化其影響，并為結構優化提供數據支撐，助力提升系統實用可靠性。
GLAD：光刻成像系統的建模4個月前
該系統由一個聚光鏡、一個傾斜球體和一個Schwartzchild設計的中繼鏡組成。光源被成像到中繼鏡的光瞳中。光束在物體掩模處會聚，在中繼透鏡的光瞳處形成點像。在中繼透鏡的瞳孔處，多條條紋圖案將形成一個中心波瓣和側波瓣。如下圖所示：
概述
GLAD：光刻成像系統的建模4個月前
概述
該系統由一個聚光鏡、一個傾斜球體和一個Schwartzchild設計的中繼鏡組成。光源被成像到中繼鏡的光瞳中。光束在物體掩模處會聚，在中繼透鏡的光瞳處形成點像。在中繼透鏡的瞳孔處，多條條紋圖案將形成一個中心波瓣和側波瓣。如下圖所示：
? 掩模上的條形圖案在中繼瞳孔中產生旁瓣
? 窄條產生寬的旁瓣，僅部分通過中繼入口瞳孔
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概要
光學相干層析成像(OCT)系統是斷層成像系統，它通過圖像反射或散射出來的光來獲取被測物體橫截面或三維圖像。本文講述了光學相干層析成像(OCT)系統的設計，并探討了如何使用OpticStudio進行相干模擬。
簡介
光學相干層析成像(OCT)系統是斷層成像系統，它通過圖像反射或散射出來的光來獲取被測物體橫截面或三維圖像。盡管光線在
